一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构及施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其涉及一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构及施工方法。

背景技术

随着我国城市隧道建设规模的加大，隧道规划路线常需要下穿城区内桥梁，既有桥梁承台和桩基会阻碍隧道深基坑施工。目前桥梁桩基托换施工一般采用一次受力转换，即将受影响的桥梁基础通过托换体系一次性托换到隧道基坑施工范围外新建的基础上，拆除原桥梁桩基和桥墩后，再施工隧道主体结构，各部分需要单独施工，施工工序复杂，施工时间长，工程造价较高，占用空间大。

例如某过江通道连接线工程连接过江隧道与城区快速路，设计以隧道形式下穿城市主干道和高架桥梁。受周边建设环境限制，桥梁主桥和匝道桥的承台和桩基础位于隧道深基坑范围内，严重影响深基坑施工，必须进行托换，且托换后桥梁基础只能布置在基坑范围内。该桥梁属于城市交通要道，车流量较大，交通不能中断，桥面变形控制严格。桥梁建设时间较早，承台混凝土脆弱，且承台形状不规则。隧道基坑开挖深度大，基坑边缘距离周边桥墩很近，隧道围护结构变形控制要求高。桥下净空不足6m，大型机械无法在桥下施工。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供了一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构及施工方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其特征在于，包括：原桥梁承台、扩大承台和隧道逆作顶板；

所述原桥梁承台、所述扩大承台和所述隧道逆作顶板呈自内至外依次固定连接为一体化结构；

所述一体化结构既作为桥梁托换传力结构，又作为新建隧道的顶板，还作为隧道深基坑围护结构的首道支撑；

所述原桥梁承台上部自下至上依次为桥墩和桥梁结构，下部为原桥桩；

所述扩大承台底部设有加固桩，施工时顶部设有临时支墩；

所述临时支墩顶面有千斤顶，用于在隧道施工期间辅助控制桥梁结构沉降在安全范围内；

所述隧道逆作顶板沿基坑横断面方向，两侧延伸至隧道的顶圈梁并与所述顶圈梁连接，并在基坑内侧紧贴所述顶圈梁位置下部与隧道主体结构连接。

优选地，所述一体化结构中的所述原桥梁承台、所述扩大承台、所述隧道逆作顶板为现浇钢筋混凝土结构，在通过浇筑混凝土成为整体后共同工作。

优选地，所述扩大承台整体包裹所述原桥梁承台；

所述扩大承台上下表面距所述原桥梁承台上下表面净距不小于0.5米；

所述扩大承台四周侧面距所述原桥梁承台侧面净距不小于2米，且上表面不高于完工后地面；

若存在一组互不相连的若干个所述原桥梁承台，则可调整所述扩大承台范围，使一组所有所述原桥梁承台都包裹在同一个所述扩大承台内。

优选地，所述隧道逆作顶板底面在所述扩大承台附近位置与所述扩大承台底面高程相同，在所述顶圈梁位置局部调整与所述顶圈梁底面齐平；

所述隧道逆作顶板上表面不超过所述扩大承台顶面高程。

优选地，所述加固桩为钻孔灌注桩，桩底进入岩层，每个所述原桥梁承台在沿桥梁轴线方向两侧各设置一排所述加固桩；

所述加固桩间隔设置，每个所述原桥梁承台对应的所述加固桩总计不少于4根。

优选地，所述围护桩为钻孔灌注桩，桩底进入岩层，沿基坑两侧边缘布置，在基坑开挖阶段主要作为围护桩使用，同时通过所述顶圈梁与所述一体化结构浇筑连接，整体受力。

优选地，所述围护桩外侧的基坑外侧还设有MJS桩止水帷幕；

所述MJS桩止水帷幕的桩底深度与围护桩相同，既有隔断基坑内外水力联系功能，也有加固基坑外侧土体的功能。

优选地，在所述原桥梁承台沿桥梁纵向两侧各设置一排若干个所述临时支墩，每个加固桩桩顶设置一根临时支墩；

所述临时支墩主体采用钢管立柱，相邻钢管立柱间宜设置型钢横撑和型钢斜撑，形成框架结构，加强临时支墩的整体稳定性。

一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换施工方法，包括如下步骤：

S1、测量桥梁结构的顶面高程作为后续施工中千斤顶控制的基准高程，并检测桥梁结构，评估桥梁结构的安全状态；

S2、采用专用小型化机械在桥下施工加固桩、围护桩及MJS桩止水帷幕；

S3、第一次受力转换：

S3.1、施工临时支墩：在支承桩顶面与桥梁结构底面间安装临时支墩，在临时支墩顶面安装千斤顶，控制千斤顶伸长端略微顶升使伸长端顶面与桥梁结构底面顶紧；

S3.2、施工扩大承台：开挖原桥梁承台周边土体至扩大承台底面，在原桥梁承台四周及扩大承台包裹范围内桥墩四周凿毛，植筋，浇筑扩大承台，此时扩大承台将原桥梁承台、原桥桩顶部、桥墩底部及加固桩与临时支墩的结合部包裹在内；

S3.3、施工隧道逆作顶板：进一步开挖扩大承台周边土体直到围护桩内侧，顶圈梁与隧道逆作顶板一体浇筑混凝土，此时隧道逆作顶板与扩大承台、原桥梁承台共同形成一体化托换结构，一体化托换结构与加固桩、顶圈梁、围护桩连接为整体；

S3.4、截断原桥桩：在一体化托换结构下方开挖基坑土体直到基坑第二道支撑，截断原桥桩，完成第一次受力转换，此时加固桩与围护桩共同承担由一体化托换结构传递的桥梁上部荷载；

S4、第二次受力转换：

S4.1、进一步向下逐层开挖土体，架设支撑，直到基坑开挖到设计坑底高程，向上回筑隧道主体结构直到与隧道逆作顶板底面相连，此时一体化托换结构与隧道主体结构连接成为整体；

S4.2、切除隧道主体结构内部影响隧道运营的支撑桩，完成第二次受力转换，此时一体化托换结构与隧道主体结构作为永久结构整体承担桥梁上部荷载；

S4.3、恢复桥墩顶面支座高程使之与基准高程相匹配，拆除临时支墩和千斤顶，在一体化托换结构上方回填土体，恢复原状地面。

优选地，所述千斤顶带有自动伺服系统，用于辅助控制桥梁结构沉降在安全范围内；

S3.2～S4.2施工中根据桥梁结构变形监测数据自动控制千斤顶升或回缩，使桥梁结构顶面在施工中保持在基准高程附近的安全范围内，必要时手动控制千斤顶顶升后更换合适高度的桥墩顶面支座，然后控制千斤顶回缩，恢复支座受力。

(三)有益效果

本申请提供的一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构及施工方法具有以下有益效果：

(1)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于利用原桥梁承台、扩大承台、隧道逆作顶板共同形成的一体化托换结构，属于永久结构，不需要拆除原桥梁承台，大大减少拆除工程量；

(2)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于扩大承台与隧道逆作顶板结合后具有较好横向的刚度，可以有效提高被加固的原桥梁承台的抗侧向变形和抗不均匀沉降能力，保障桥梁结构安全；

(3)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于一体化托换结构中的隧道逆作顶板与顶圈梁连接，一体化托换结构作为隧道深基坑围护结构首道支撑，具有较好的支撑刚度，有利于控制围护结构变形，减小对邻近桥墩的扰动；

(4)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于结构范围限制在隧道基坑施工范围内，最终与隧道主体结构形成新的桥梁基础，不额外占用宝贵的城市空间。；

(5)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换施工方法，其优点在于通过采用一体化托换结构，利用隧道围护结构、隧道主体结构作为不同阶段的承载结构，在有效控制桥梁变形，保障交通正常运行的前提下，可节约投资，节省工期，对于类似项目具有重要的借鉴和参考价值；

(6)本发明提供的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换施工方法，其优点在于围护桩、支承桩和MJS桩止水帷幕均可以采用小型化机械在桥梁下方低净空条件下施工。

附图说明

图1为城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构平面示意图；

图2为图1的A-A示意图；

图3为S3.3横断面示意图；

图4为S3.4横断面示意图；

图5为S4.1横断面示意图；

附图标记：

1：原桥梁承台；2：扩大承台；3：隧道逆作顶板；4：桥墩；5：桥梁结构；6：原桥桩；7：加固桩；8：围护桩；9：顶圈梁；10：MJS桩止水帷幕；11：临时支墩；12：千斤顶；13：植筋；14：基坑第二道支撑；15：隧道主体结构。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1-图5所示：本实施例提供一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，包括：原桥梁承台1、扩大承台2和隧道逆作顶板3。

该原桥梁承台1、所述扩大承台2和所述隧道逆作顶板3呈自内至外依次固定连接为一体化结构。

应说的是：该一体化结构即为本实施例中所保护的一体化托换结构。所述一体化结构既作为桥梁托换传力结构，又作为新建隧道的顶板，还作为隧道深基坑围护结构的首道支撑；所述原桥梁承台1上部自下至上依次为桥墩4和桥梁结构5，下部为原桥桩6；所述扩大承台2底部设有加固桩7，施工时顶部设有临时支墩11；所述临时支墩11顶面有千斤顶12，用于在隧道施工期间辅助控制桥梁结构5沉降在安全范围内。

所述隧道逆作顶板3沿基坑横断面方向，两侧延伸至隧道的顶圈梁9并与所述顶圈梁9连接，并在基坑内侧紧贴所述顶圈梁9位置下部与隧道主体结构15连接。

该一体化结构中的所述原桥梁承台1、所述扩大承台2、所述隧道逆作顶板3为现浇钢筋混凝土结构，在通过浇筑混凝土成为整体后共同工作。

本实施例中所述扩大承台2整体包裹所述原桥梁承台1；所述扩大承台2上下表面距所述原桥梁承台1上下表面净距不小于0.5米；所述扩大承台2四周侧面距所述原桥梁承台1侧面净距不小于2米，且上表面不高于完工后地面。

若存在一组互不相连的若干个所述原桥梁承台1，则可调整所述扩大承台2范围，使一组所有所述原桥梁承台1都包裹在同一个所述扩大承台2内。

本实施例中所述隧道逆作顶板3底面在所述扩大承台2附近位置与所述扩大承台2底面高程相同，在所述顶圈梁9位置局部调整与所述顶圈梁9底面齐平；所述隧道逆作顶板3上表面不超过所述扩大承台2顶面高程。

本实施例中所述加固桩7为钻孔灌注桩，桩底进入岩层，每个所述原桥梁承台1在沿桥梁轴线方向两侧各设置一排所述加固桩7；所述加固桩7间隔设置，每个所述原桥梁承台1对应的所述加固桩7总计不少于4根。

本实施例中所述围护桩8为钻孔灌注桩，桩底进入岩层，沿基坑两侧边缘布置，在基坑开挖阶段主要作为围护桩8使用，同时通过所述顶圈梁9与所述一体化结构浇筑连接，整体受力。

本实施例中所述围护桩8外侧的基坑外侧还设有MJS桩止水帷幕10；所述MJS桩止水帷幕10的桩底深度与围护桩8相同，既有隔断基坑内外水力联系功能，也有加固基坑外侧土体的功能。

本实施例中在所述原桥梁承台1沿桥梁纵向两侧各设置一排若干个所述临时支墩11，每个加固桩7桩顶设置一根临时支墩11；所述临时支墩11主体采用钢管立柱，相邻钢管立柱间宜设置型钢横撑和型钢斜撑，形成框架结构，加强临时支墩11的整体稳定性。

本实施例中还提供一种城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换施工方法，具体包括如下步骤：

S1、测量桥梁结构5的顶面高程作为后续施工中千斤顶12控制的基准高程，并检测桥梁结构5，评估桥梁结构5的安全状态；

S2、采用专用小型化机械在桥下施工加固桩7、围护桩8及MJS桩止水帷幕10；

S3、第一次受力转换：

S3.1、施工临时支墩11：在支承桩顶面与桥梁结构5底面间安装临时支墩11，在临时支墩11顶面安装千斤顶12，控制千斤顶12伸长端略微顶升使伸长端顶面与桥梁结构5底面顶紧；

S3.2、施工扩大承台2：开挖原桥梁承台1周边土体至扩大承台2底面，在原桥梁承台1四周及扩大承台2包裹范围内桥墩4四周凿毛，植筋13，浇筑扩大承台2，此时扩大承台2将原桥梁承台1、原桥桩顶部、桥墩底部及加固桩7与临时支墩11的结合部包裹在内；

S3.3、施工隧道逆作顶板3：进一步开挖扩大承台2周边土体直到围护桩8内侧，顶圈梁9与隧道逆作顶板3一体浇筑混凝土，此时隧道逆作顶板3与扩大承台2、原桥梁承台1共同形成一体化托换结构，一体化托换结构与加固桩7、顶圈梁9、围护桩8连接为整体；

S3.4、截断原桥桩6：在一体化托换结构下方开挖基坑土体直到基坑第二道支撑，截断原桥桩6，完成第一次受力转换，此时加固桩7、围护桩8共同承担由一体化托换结构传递的桥梁上部荷载；

S4、第二次受力转换：

S4.1、进一步向下逐层开挖土体，架设支撑，直到基坑开挖到设计坑底高程，向上回筑隧道主体结构15直到与隧道逆作顶板3底面相连，此时一体化托换结构与隧道主体结构15连接成为整体；

S4.2、切除隧道主体结构15内部影响隧道运营的支撑桩，完成第二次受力转换，此时一体化托换结构与隧道主体结构作为永久结构整体承担桥梁上部荷载；

S4.3、恢复桥墩顶面支座高程使之与基准高程相匹配，拆除临时支墩11和千斤顶12，在一体化托换结构上方回填土体，恢复原状地面。

详细地，所述千斤顶12带有自动伺服系统，用于辅助控制桥梁结构5沉降在安全范围内；在S3.2～S4.2施工中根据桥梁结构5变形监测数据自动控制千斤顶12升或回缩，使桥梁结构5顶面在施工中保持在基准高程附近的安全范围内，必要时手动控制千斤顶12顶升后更换合适高度的桥墩顶面支座，然后控制千斤顶12回缩，恢复支座受力。

本实施例中的城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于利用原桥梁承台1、扩大承台2、隧道逆作顶板3共同形成的一体化托换结构，属于永久结构，不需要拆除原桥梁承台1，大大减少拆除工程量；该城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于扩大承台2与隧道逆作顶板3结合后具有较好横向的刚度，可以有效提高被加固的原桥梁承台1的抗侧向变形和抗不均匀沉降能力，保障桥梁结构安全；该城市隧道深基坑内桥梁的一体化托换结构，其优点在于一体化托换结构中的隧道逆作顶板3与顶圈梁9连接，一体化托换结构作为隧道深基坑围护结构首道支撑，具有较好的支撑刚度，有利于控制围护结构变形，减小对邻近桥墩4的扰动。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。